JPH06303527A - Charge coupled device - Google Patents

Charge coupled device

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JPH06303527A
JPH06303527A JP5083362A JP8336293A JPH06303527A JP H06303527 A JPH06303527 A JP H06303527A JP 5083362 A JP5083362 A JP 5083362A JP 8336293 A JP8336293 A JP 8336293A JP H06303527 A JPH06303527 A JP H06303527A
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JP
Japan
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transfer
transfer register
charge
register
horizontal
Prior art date
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Application number
JP5083362A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuto Maki
康人 真城
Masaru Yoshihara
賢 吉原
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Priority to KR1019940007314A priority patent/KR100306088B1/en
Priority to US08/226,044 priority patent/US5455443A/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To avoid signal destruction of all picture elements in the case of overflow in a part of horizontal transfer registers in the CCD solid-state image pickup element which has linear sensors arranged in plural lines and is provided with a vertical transfer register in the end in the electric charge transfer direction of the horizontal transfer register of each linear sensor. CONSTITUTION:The CCD solid-state image pickup element has linear sensors 26 arranged in plural lines and is provided with a vertical transfer register 27 in the end in the electric charge transfer direction of a horizontal transfer register 24 of each linear sensor 26. A limit area 30 is formed which is used to limit the electric charge to a prescribed quantity before transfer from the horizontal transfer register 24 to the vertical transfer register 27.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CCD固体撮像素子等
の電荷結合素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge coupled device such as a CCD solid state image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】エリアセンサ、リニアセンサ等のCCD
固体撮像素子においては、大光量が照射されると、セン
サ部で電荷のオーバーフローが発生する。その対策とし
て、オーバーフロー電荷を掃き捨てるオーバーフロード
レイン構造を持たせ、過大な電荷が捨てられるような構
成になっている。実際の例としては、縦型オーバーフロ
ードレイン構造、或は横型オーバーフロードレイン構造
などが実用化されている。
CCDs such as area sensors and linear sensors
In the solid-state image sensor, when a large amount of light is emitted, electric charge overflows in the sensor unit. As a countermeasure, an overflow drain structure for sweeping away the overflow charge is provided so that an excessive charge can be discarded. As an actual example, a vertical overflow drain structure or a horizontal overflow drain structure has been put into practical use.

【0003】図5はリニアセンサを複数ライン並べ、更
に垂直転送レジスタを付加した構成を有するCCD固体
撮像素子1を示す。
FIG. 5 shows a CCD solid-state image pickup device 1 having a structure in which a plurality of lines of linear sensors are arranged and a vertical transfer register is further added.

【0004】このCCD固体撮像素子1は、複数のセン
サ部(受光部)2が水平方向に1次元に配列したセンサ
列3と、センサ列3の一側に配されたCCD構造の水平
転送レジスタ4と、センサ列3と水平転送レジスタ4間
に設けられた読み出しゲート部5とからなるリニアセン
サ6が垂直方向に複数ライン、本例では3ライン配列さ
れ、各ラインの水平転送レジスタ4〔4A,4B,4
C〕の電荷転送方向の端にCCD構造の垂直転送レジス
タ7が設けられ、さらに、垂直転送レジスタ7の終段に
垂直転送レジスタ7内を転送された信号電荷を電圧に変
換する電荷電圧変換部を含む出力部8が接続されて構成
される。
The CCD solid-state image pickup device 1 includes a sensor array 3 in which a plurality of sensor parts (light receiving parts) 2 are arranged in a horizontal direction and a horizontal transfer register of CCD structure arranged on one side of the sensor array 3. 4 and a linear sensor 6 composed of a read gate unit 5 provided between the sensor array 3 and the horizontal transfer register 4 are arranged in a plurality of lines in the vertical direction, three lines in this example, and the horizontal transfer register 4 [4A , 4B, 4
A vertical transfer register 7 having a CCD structure is provided at the end in the charge transfer direction of C], and a charge-voltage converter that converts the signal charge transferred in the vertical transfer register 7 into a voltage at the final stage of the vertical transfer register 7. The output unit 8 including is connected and configured.

【0005】図示せざるも、このCCD固体撮像素子1
では、例えば縦型オーバーフロー機能又は横型オーバー
フロー機能が設けられ、センサ部2に大光量が照射され
たとき、過剰電荷が縦型オーバーフロー機構又は横型オ
ーバーフロー機構に掃き捨てられるようになされてい
る。
Although not shown, this CCD solid-state image pickup device 1
Then, for example, a vertical overflow function or a horizontal overflow function is provided, and when the sensor unit 2 is irradiated with a large amount of light, excess charges are swept to the vertical overflow mechanism or the horizontal overflow mechanism.

【0006】各ラインの水平転送レジスタ4〔4A,4
B,4C〕には共通の駆動パルス即ち2相クロックパル
スφH1 及びφH2 が印加され、読み出しゲート部5に
は共通の読み出しゲートパルスφROGが印加され、垂
直転送レジスタ7には駆動パルス即ち、2相クロックパ
ルスφV1 及びφV2 が印加される。
The horizontal transfer register 4 [4A, 4 for each line
B, 4C], a common drive pulse, that is, a two-phase clock pulse φH 1 and φH 2, is applied, a common read gate pulse φROG is applied to the read gate unit 5, and a drive pulse, that is, Two-phase clock pulses φV 1 and φV 2 are applied.

【0007】図6は水平転送レジスタ4から垂直転送レ
ジスタ7への転送部の拡大図である。水平転送レジスタ
4においては、第1層目多結晶シリコンからなるストレ
ージゲート電極11Sを有するストレージ部12Sと、
第2層目多結晶シリコンからなるトランスファゲート電
極11Tを有するトランスファ部12Tとによって転送
部13が構成され、この転送部13が複数段形成され
る。各転送部13のストレージゲート電極11Sとトラ
ンスファゲート電極11Tは共通接続され、且つ交互に
2相クロックパルスφH1 ,φH2 が印加される。
FIG. 6 is an enlarged view of a transfer unit from the horizontal transfer register 4 to the vertical transfer register 7. In the horizontal transfer register 4, a storage portion 12S having a storage gate electrode 11S made of first-layer polycrystalline silicon,
The transfer section 13 is composed of the transfer section 12T having the transfer gate electrode 11T made of the second layer polycrystalline silicon, and the transfer section 13 is formed in a plurality of stages. The storage gate electrode 11S and the transfer gate electrode 11T of each transfer unit 13 are commonly connected, and the two-phase clock pulses φH 1 and φH 2 are alternately applied.

【0008】垂直転送レジスタ7においては、第1層目
多結晶シリコンからなるストレージゲート電極14Sを
有するストレージ部15Sと、第2層目多結晶シリコン
からなるトランスファゲート電極14Tを有するトラン
スファ部15Tとによって転送部16が構成され、この
転送部16が複数段形成される。各転送部16のストレ
ージゲート電極14Sとトランスファゲート電極14T
は共通接続され、且つ交互に2相クロックパルスφV1
及びφV2 が印加される。
In the vertical transfer register 7, a storage portion 15S having a storage gate electrode 14S made of first-layer polycrystalline silicon and a transfer portion 15T having a transfer gate electrode 14T made of second-layer polycrystalline silicon are provided. The transfer unit 16 is configured, and the transfer unit 16 is formed in a plurality of stages. Storage gate electrode 14S and transfer gate electrode 14T of each transfer unit 16
Are commonly connected, and alternately, a two-phase clock pulse φV 1
And φV 2 are applied.

【0009】水平転送レジスタ4の最終段の転送部13
のストレージ部12Sが垂直転送レジスタ7の所定の転
送部16のトランスファ部15Tに接続される。
The transfer unit 13 at the final stage of the horizontal transfer register 4
The storage unit 12S is connected to the transfer unit 15T of the predetermined transfer unit 16 of the vertical transfer register 7.

【0010】センサ部2と水平転送レジスタ4間の読み
出しゲート部5のゲート電極17は第1層目多結晶シリ
コンにて形成され、この読み出しゲート部5は水平転送
レジスタ4のトランスファ部12Tに接続される。破線
18は転送チャネル領域である。
The gate electrode 17 of the read gate section 5 between the sensor section 2 and the horizontal transfer register 4 is formed of the first-layer polycrystalline silicon, and this read gate section 5 is connected to the transfer section 12T of the horizontal transfer register 4. To be done. The broken line 18 is the transfer channel region.

【0011】このCCD固体撮像素子1では、各クロッ
クパルスφH1 ,φH2 ,φV1 ,φV2 ,φROGが
図7のタイミングで印加され、各ラインのセンサ列3
〔3A,3B,3C〕の信号電荷が読み出しゲート部5
〔5A,5B,5C〕を介して夫々対応する水平転送レ
ジスタ4〔4A,4B,4C〕に読み出され、水平方向
に転送されて順次各ラインの1画素の信号電荷毎に同時
に水平転送レジスタ4から垂直転送レジスタ7に転送さ
れる。垂直転送レジスタ7に転送された各ラインの信号
電荷は垂直方向に転送されて順次出力部8を通して出力
される。
In this CCD solid-state image pickup device 1, each clock pulse φH 1 , φH 2 , φV 1 , φV 2 , φROG is applied at the timing shown in FIG.
The signal charges of [3A, 3B, 3C] are read out by the gate unit 5.
It is read out to the corresponding horizontal transfer registers 4 [4A, 4B, 4C] via [5A, 5B, 5C], transferred in the horizontal direction, and sequentially transferred to the horizontal transfer registers simultaneously for each signal charge of one pixel in each line. 4 to the vertical transfer register 7. The signal charges of each line transferred to the vertical transfer register 7 are transferred in the vertical direction and sequentially output through the output unit 8.

【0012】出力としては、図7に示すように、1ライ
ン目の左端センサ部2(D1−1)の出力信号、2ライ
ン目の左端センサ部2(D2−1)の出力信号、3ライ
ン目の左端センサ部2(D3−1)の出力信号が順次に
得られ、以後同様に出力される。
As the output, as shown in FIG. 7, the output signal of the left end sensor unit 2 (D1-1) on the first line, the output signal of the left end sensor unit 2 (D2-1) on the second line, and the third line The output signals of the left edge sensor unit 2 (D3-1) of the eye are sequentially obtained, and subsequently output similarly.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来のCCD固体撮像
素子では、大光量を受光した際のセンサ部での過剰電荷
を縦型オーバーフロー機構又は横型オーバーフロー機構
に掃き捨てるようにしているが、しかし、センサ部から
の読み出し時に、光電変換された電荷が過剰に転送レジ
スタへ送り込まれたり、転送レジスタへの光の漏れ込み
(いわゆるスミア)が有ると、その転送レジスタで電荷
が溢れ、他の画素の信号まで破壊してしまう。
In the conventional CCD solid-state image pickup device, excess charges in the sensor portion when a large amount of light is received are swept away to the vertical overflow mechanism or the horizontal overflow mechanism. If the photoelectrically converted charges are excessively sent to the transfer register or light leaks into the transfer register (so-called smear) when reading from the sensor section, the charge will overflow in the transfer register and Even the signal is destroyed.

【0014】例えば図5及び図6のCCD固体撮像素子
1の場合には、あるラインの水平転送レジスタ4の任意
の転送部13で電荷がオーバーフローすると、まず、そ
の任意の転送部13の前後の転送部13に電荷がオーバ
ーフローしていき、そのラインの信号が破壊される。更
に、オーバーフローの程度が大きくなると、垂直転送レ
ジスタ7でもオーバーフローしてしまい、全画素の信号
が破壊されることになる。
For example, in the case of the CCD solid-state image pickup device 1 shown in FIGS. 5 and 6, when the electric charge overflows in an arbitrary transfer section 13 of the horizontal transfer register 4 of a certain line, first, before and after the arbitrary transfer section 13 is generated. The charge overflows into the transfer unit 13, and the signal on that line is destroyed. Further, when the degree of overflow increases, the vertical transfer register 7 also overflows and the signals of all pixels are destroyed.

【0015】したがって、たとえ或る一部であっても過
大な光量の照射があると、全画素の信号が破壊されるこ
とがある。単純なセンサ部でのオーバーフロー抑制のた
めにオーバーフロー機構(いわゆる縦型オーバーフロ
ー、横型オーバーフロー等)を設けても、水平転送レジ
スタ4でのスミアや、信号読み出しすなわち読み出しゲ
ートが開いているときに多量の光電変換された電荷が水
平転送レジスタへ転送されれば同じである。
Therefore, even if a part of the signal is irradiated with an excessive amount of light, the signals of all pixels may be destroyed. Even if an overflow mechanism (so-called vertical overflow, horizontal overflow, etc.) is provided to suppress overflow in a simple sensor unit, a large amount of smear occurs in the horizontal transfer register 4 and a large amount of signal is read out when the read gate is open. The same applies if the photoelectrically converted charges are transferred to the horizontal transfer register.

【0016】本発明は、上述の点に鑑み、あるラインの
転送レジスタに電荷のオーバーフローが生じても、全ラ
インの信号が破壊されるを回避できる固体撮像素子等の
電荷結合素子を提供するものである。
In view of the above points, the present invention provides a charge-coupled device such as a solid-state image sensor capable of avoiding destruction of signals on all lines even if a charge overflow occurs in a transfer register of a certain line. Is.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電荷結合素
子は、一方向に複数配列された第1の転送レジスタ24
〔24A,24B,24C〕と、この各第1の転送レジ
スタ24〔24A,24B,24C〕の電荷転送方向の
端に配された上記一方向に転送する第2の転送レジスタ
27を有し、電荷を第1の転送レジスタ24〔24A,
24B,24C〕から第2の転送レジスタ27へ転送す
る前に電荷を所定の電荷量に制限するためのリミット領
域30を設けて構成する。
A charge-coupled device according to the present invention has a plurality of first transfer registers 24 arranged in one direction.
[24A, 24B, 24C] and a second transfer register 27 for transferring in one direction, which is arranged at an end of each first transfer register 24 [24A, 24B, 24C] in the charge transfer direction, The charge is transferred to the first transfer register 24 [24A,
24B, 24C] to the second transfer register 27 before being transferred to the second transfer register 27, a limit region 30 for limiting the charge to a predetermined charge amount is provided.

【0018】リミット領域30は、ゲート部41とドレ
イン領域42で構成する。
The limit region 30 is composed of a gate portion 41 and a drain region 42.

【0019】リミット領域30のゲート部41は第1の
転送レジスタ24のトランスファ電極31Tを延長して
構成することができる。
The gate portion 41 of the limit region 30 can be formed by extending the transfer electrode 31T of the first transfer register 24.

【0020】また、リミット領域30のゲート部41の
ポテンシャルを第1の転送レジスタ24のトランスファ
ゲート部32Tのポテンシャルより深く設定して構成す
ることができる。
The potential of the gate part 41 of the limit region 30 can be set deeper than the potential of the transfer gate part 32T of the first transfer register 24.

【0021】[0021]

【作用】本発明においては、リミット領域30を設ける
ことにより、第1の転送レジスタ24内を転送されてき
た電荷のうち、過剰電荷はリミット領域30に掃き捨て
られ、第2の転送レジスタ27へ転送する前に電荷が所
定の電荷量に制限され、第2の転送レジスタ27へは上
記制限された電荷量以下しか転送されない。従って、あ
るラインの第1の転送レジスタ24で電荷のオーバーフ
ローが生じても、そのラインの信号破壊だけとなり、他
のラインの信号破壊は避けられる。
In the present invention, by providing the limit region 30, the excess charge of the charges transferred in the first transfer register 24 is swept to the limit region 30 and transferred to the second transfer register 27. Before the transfer, the electric charge is limited to a predetermined electric charge amount, and the second transfer register 27 transfers only the electric charge amount less than the limited electric charge amount. Therefore, even if a charge overflow occurs in the first transfer register 24 of a certain line, only the signal destruction of that line will occur, and the signal destruction of other lines can be avoided.

【0022】リミット領域30をゲート部41とドレイ
ン領域42で構成するので、ゲート部41のポテンシャ
ルを越えた分の電荷がドレイン領域42に流れ、第1の
転送レジスタ24における電荷量が制限される。
Since the limit region 30 is composed of the gate portion 41 and the drain region 42, the charges exceeding the potential of the gate portion 41 flow into the drain region 42, and the amount of charges in the first transfer register 24 is limited. .

【0023】第1の転送レジスタ24のトランスファ電
極31Tを延長してリミット領域30のゲート部41を
構成するときは、構造的に簡単化される。
When the transfer electrode 31T of the first transfer register 24 is extended to form the gate portion 41 of the limit region 30, it is structurally simplified.

【0024】また、リミット領域30のゲート部41の
ポテンシャルを第1の転送レジスタ24のトランスファ
部32Tのポテンシャルより深く設定するように構成す
るときには、より確実に電荷量の制限が行われる。
Further, when the potential of the gate portion 41 of the limit region 30 is set deeper than the potential of the transfer portion 32T of the first transfer register 24, the charge amount is more reliably limited.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1及び図2は、リニアセンサを複数ライ
ン並べ、垂直転送レジスタを付加した構成のCCD固体
撮像素子に適用した場合である。本実施例のCCD固体
撮像素子21は、前述の図5と同様に画素となる複数の
センサ部(受光部)22を水平方向に1次元に配列した
センサ列23と、センサ列23の一側に配したCCD構
造の水平転送レジスタ24と、センサ列23と水平転送
レジスタ24間に設けた読み出しゲート部25とからな
るリニアセンサ26が垂直方向に複数ライン、本例では
赤(R),緑(G),青(B)に対応して3ライン配列
され、各ラインの水平転送レジスタ24〔24A,24
B,24C〕の電荷転送方向の端にCCD構造の垂直転
送レジスタ27が設けられる。
FIGS. 1 and 2 show a case where the linear sensor is applied to a CCD solid-state image pickup device having a structure in which a plurality of lines are arranged and a vertical transfer register is added. The CCD solid-state image pickup device 21 of the present embodiment has a sensor array 23 in which a plurality of sensor parts (light receiving parts) 22 each of which is a pixel are arranged one-dimensionally in the horizontal direction as in FIG. A linear sensor 26 including a horizontal transfer register 24 having a CCD structure and a readout gate portion 25 provided between the sensor row 23 and the horizontal transfer register 24 is arranged in a plurality of lines in the vertical direction. In this example, red (R) and green are provided. (G) and blue (B) are arranged in three lines, and the horizontal transfer registers 24 [24A, 24 of each line are arranged.
B, 24C] is provided with a vertical transfer register 27 having a CCD structure at the end in the charge transfer direction.

【0027】さらに、垂直転送レジスタ27の終段に
は、垂直転送レジスタ27を転送されてきた信号電荷を
電圧に変換する電荷電圧変換部及び電荷電圧変換部をリ
セットするリセット機構等を含む出力部28が接続され
る。
Further, at the final stage of the vertical transfer register 27, an output section including a charge-voltage conversion section for converting the signal charges transferred in the vertical transfer register 27 into a voltage and a reset mechanism for resetting the charge-voltage conversion section. 28 is connected.

【0028】なお、図示せざるも例えば縦型オーバーフ
ロー機能又は横型オーバーフロー機能が設けられ、各セ
ンサ部4に大光量が照射されたときには過剰電荷がセン
サ部4よりオーバーフロー機構に掃き捨てられるように
なされている。
Although not shown, for example, a vertical overflow function or a horizontal overflow function is provided, and when each sensor portion 4 is irradiated with a large amount of light, excess charges are swept away from the sensor portion 4 to the overflow mechanism. ing.

【0029】各ラインの水平転送レジスタ24〔24
A,24B,24C〕には、共通の駆動パルス即ち2相
クロックパルスφH1 及びφH2 が印加され、読み出し
ゲート部25〔25A,25B,25C〕には共通の読
み出しゲートパルスφROGが印加され、垂直転送レジ
スタ27には駆動パルス即ち2相クロックパルスφV1
及びφV2 が印加される。本例のCCD固体撮像素子2
1は、いわゆるR,G,Bの3ラインのカラーリニアセ
ンサに相当する。
The horizontal transfer register 24 [24 for each line
A, 24B, 24C] are applied with a common drive pulse, that is, a two-phase clock pulse φH 1 and φH 2 , and a read gate section 25 [25A, 25B, 25C] is applied with a common read gate pulse φROG. A drive pulse, that is, a two-phase clock pulse φV 1 is applied to the vertical transfer register 27.
And φV 2 are applied. CCD solid-state image sensor 2 of this example
Reference numeral 1 corresponds to a so-called R, G, B three-line color linear sensor.

【0030】しかして、本例では特に、各ラインの水平
転送レジスタ24〔24A,24B,24C〕におい
て、垂直転送レジスタ27へ電荷転送する前の転送部に
隣接して垂直転送レジスタ27への電荷量を所定量に制
限するためのリミット領域30〔30A,30B,30
C〕が設けられる。このリミット領域31〔31A,3
1B,31C〕は後述するように、リミットゲート部及
びオーバーフロードレイン領域から構成される。
However, in this example, in particular, in the horizontal transfer register 24 [24A, 24B, 24C] of each line, the charge to the vertical transfer register 27 is adjacent to the transfer portion before the charge is transferred to the vertical transfer register 27. Limit region 30 [30A, 30B, 30 for limiting the amount to a predetermined amount
C] is provided. This limit area 31 [31A, 3
1B, 31C] includes a limit gate portion and an overflow drain region, as described later.

【0031】即ち、図2の拡大図(水平転送レジスタ2
4から垂直転送レジスタ27への転送部の拡大図)で示
すように、各ラインの水平転送レジスタ24では、第1
層目多結晶シリコンからなるストレージゲート電極31
Sを有するストレージ部32Sと、第2層目多結晶シリ
コンからなるトランスファゲート電極31Tを有するト
ランスファ部32Tとによって転送部33が構成され、
この転送部33が複数段形成される。各転送部33のス
トレージゲート電極31Sとトランスファゲート電極3
1Tが共通接続され、且つ交互に2相クロックパルスφ
1 及びφH2 が印加される。
That is, an enlarged view of FIG. 2 (horizontal transfer register 2
4 is an enlarged view of a transfer unit from the vertical transfer register 27 to the vertical transfer register 27).
Storage gate electrode 31 made of polycrystalline silicon
The transfer unit 33 is configured by the storage unit 32S having S and the transfer unit 32T having the transfer gate electrode 31T made of the second-layer polycrystalline silicon,
This transfer unit 33 is formed in a plurality of stages. Storage gate electrode 31S and transfer gate electrode 3 of each transfer unit 33
1T is commonly connected, and two-phase clock pulse φ
H 1 and φH 2 are applied.

【0032】垂直転送レジスタ27では、第1層目多結
晶シリコンからなるストレージゲート電極34Sを有す
るストレージ部35Sと、第2層目多結晶シリコンから
なるトランスファゲート電極34Tを有するトランスフ
ァ部35Tとによって転送部36が構成され、この転送
部36が複数段形成される。各転送部36のストレージ
ゲート電極34Sとトランスファゲート電極34Tが共
通接続され、且つ交互に2層クロックパルスφV1 及び
φV2 が印加される。
In the vertical transfer register 27, the transfer is performed by the storage portion 35S having the storage gate electrode 34S made of the first layer polycrystalline silicon and the transfer portion 35T having the transfer gate electrode 34T made of the second layer polycrystalline silicon. The unit 36 is configured, and the transfer unit 36 is formed in a plurality of stages. The storage gate electrode 34S and the transfer gate electrode 34T of each transfer unit 36 are commonly connected, and the two-layer clock pulses φV 1 and φV 2 are alternately applied.

【0033】水平転送レジスタ24の最終段の転送部3
3のストレージ部32が垂直転送レジスタ27の所定の
転送部36のトランスファ部35Tに接続される。セン
サ部22と水平転送レジスタ24間の読み出しゲート部
25のゲート電極37は、第1層目多結晶シリコンにて
形成され、この読み出しゲート部35が水平転送レジス
タ24のトランスファ部32Tに接続される。
The transfer unit 3 at the final stage of the horizontal transfer register 24
The storage unit 32 of No. 3 is connected to the transfer unit 35T of the predetermined transfer unit 36 of the vertical transfer register 27. The gate electrode 37 of the read gate section 25 between the sensor section 22 and the horizontal transfer register 24 is formed of the first-layer polycrystalline silicon, and the read gate section 35 is connected to the transfer section 32T of the horizontal transfer register 24. .

【0034】そして、本例では、垂直転送レジスタ27
へ転送される前の水平転送レジスタ24の最終転送部3
3のストレージ部32Sに隣接してリミットゲート部4
1を設けると共に、リミットゲート部41に隣接して例
えばN+ 拡散層からなるオーバーフロードレイン領域4
2を設けてリミット領域30が構成される。
In this example, the vertical transfer register 27
Final transfer unit 3 of the horizontal transfer register 24 before being transferred to
Limit gate unit 4 adjacent to storage unit 32S of 3
1 and the overflow drain region 4 formed of, for example, an N + diffusion layer adjacent to the limit gate portion 41.
2 is provided to configure the limit area 30.

【0035】ここで、リミットゲート部41は、水平転
送レジスタ24の最終段転送部33のトランスファゲー
ト電極32Tを鉤型に延長してその延長部をリミットゲ
ート電極43とし、リミットゲート電極43下に対応す
る転送チャネル領域の不純物プロファイルをトランスフ
ァゲート電極31T下に対応する転送チャネル領域の不
純物プロファイルと同じにして構成している。図2に示
すように、制限電荷量を決めるリミットゲート部41の
電位は、トランスファ部32Tと同電位にする方法が簡
単である。
Here, the limit gate unit 41 extends the transfer gate electrode 32T of the final stage transfer unit 33 of the horizontal transfer register 24 into a hook shape, and the extended portion serves as the limit gate electrode 43, and below the limit gate electrode 43. The impurity profile of the corresponding transfer channel region is the same as that of the corresponding transfer channel region below the transfer gate electrode 31T. As shown in FIG. 2, it is easy to set the potential of the limit gate unit 41 that determines the limited charge amount to the same potential as the transfer unit 32T.

【0036】破線38が転送チャネル領域であり、この
転送チャネル領域38は一部水平転送レジスタ24の最
終段転送部33よりリミットゲート部41下を通ってオ
ーバーフロードレイン領域42に通じている。一方、垂
直転送レジスタ27では、転送部36の最大取り扱い電
荷量をリミット領域30で制限された水平転送レジスタ
の最終段転送部33の取り扱い電荷量以上となるように
構成される。
A broken line 38 is a transfer channel region, and this transfer channel region 38 partially extends from the final stage transfer unit 33 of the horizontal transfer register 24 below the limit gate unit 41 to the overflow drain region 42. On the other hand, the vertical transfer register 27 is configured such that the maximum amount of charge handled by the transfer unit 36 is equal to or more than the amount of charge handled by the final stage transfer unit 33 of the horizontal transfer register limited by the limit region 30.

【0037】図3Aは、図2のH−H線上の断面を示
し、図4Aは図2のV−V線上の断面を示す。図3A及
び図4Aでは、P型ウエル領域45にN型転送チャネル
領域38が形成され、水平転送レジスタ24のストレー
ジゲート電極31S下の転送チャネル領域はN層38S
1 で構成され、トランスファゲート電極31T下の転送
チャネル領域はN- 層38T1 で形成される。
FIG. 3A shows a cross section taken along the line HH of FIG. 2, and FIG. 4A shows a cross section taken along the line VV of FIG. 3A and 4A, the N-type transfer channel region 38 is formed in the P-type well region 45, and the transfer channel region below the storage gate electrode 31S of the horizontal transfer register 24 is the N layer 38S.
Consists of 1, the transfer channel region under the transfer gate electrode 31T is N - is formed by a layer 38T 1.

【0038】また、垂直転送レジスタ27のストレージ
ゲート電極34S下の転送チャネル領域はN層38S2
で構成され、トランスファゲート電極34T下の転送チ
ャネルはN- 層38T2 で構成される。
The transfer channel region below the storage gate electrode 34S of the vertical transfer register 27 is an N layer 38S 2
And the transfer channel below the transfer gate electrode 34T is composed of the N layer 38T 2 .

【0039】さらに、リミットゲート電極41下の転送
チャネル領域はN- 層38T1 で構成され、オーバーフ
ロードレイン領域42は、N+ 層で構成される。
Further, the transfer channel region under the limit gate electrode 41 is composed of the N layer 38T 1 , and the overflow drain region 42 is composed of the N + layer.

【0040】上述のCCD固体撮像素子においては、各
クロックパルスφH1 ,φH2 ,φV1 ,φV2 及びφ
ROGが前述の図7で示すと同様のタイミングで印加さ
れる。各センサ列23〔23A,23B,23C〕のセ
ンサ部22の信号電荷が夫々読み出しゲート部25〔2
5A,25B,25C〕を通じて対応する水平転送レジ
スタ24〔24A,24B,24C〕に読み出され、水
平転送レジスタ24〔24A,24B,24C〕内を水
平方向に転送された後、順次各ラインの1画素の信号電
荷毎に水平転送レジスタ24〔24A,24B,24
C〕から垂直転送レジスタ27へ転送される。垂直転送
レジスタ27へ転送された各ラインの信号電荷は、垂直
方向に転送され、出力部28を通じて電荷電圧変換され
て出力される。
In the above CCD solid-state image pickup device, each clock pulse φH 1 , φH 2 , φV 1 , φV 2 and φ.
ROG is applied at the same timing as shown in FIG. The signal charge of the sensor section 22 of each sensor row 23 [23A, 23B, 23C] is read out by the gate section 25 [2].
5A, 25B, 25C] to the corresponding horizontal transfer register 24 [24A, 24B, 24C] and horizontally transferred in the horizontal transfer register 24 [24A, 24B, 24C], and then sequentially for each line. The horizontal transfer register 24 [24A, 24B, 24 is provided for each signal charge of one pixel.
C] to the vertical transfer register 27. The signal charge of each line transferred to the vertical transfer register 27 is transferred in the vertical direction, converted into a charge voltage by the output unit 28, and output.

【0041】次に、水平転送レジスタ24でのスミア
や、信号読み出し時に多量の光電変換された電荷が水平
転送レジスタ24へ転送されて、水平転送レジスタ24
の或る部分(転送部33)で電荷がオーバーフローした
場合には、図3B,C及び図4B,Cに示すように動作
する。
Next, smear in the horizontal transfer register 24 and a large amount of charges photoelectrically converted at the time of signal reading are transferred to the horizontal transfer register 24, and the horizontal transfer register 24 is transferred.
When a charge overflows at a certain portion (transfer portion 33) of the above, the operation is performed as shown in FIGS. 3B and C and FIGS. 4B and 4C.

【0042】図3B及び図4Bは図7の時点t1 (φH
1 及びφV2 が高レベル、φH2 が低レベル)における
水平転送レジスタから垂直転送レジスタへの電荷転送時
でのポテンシャル図、図3C及び図4Cは時点t2 (φ
1 及びφV2 が低レベル、φH2 が高レベル)におけ
る水平転送レジスタの最終段蓄積、即ちオーバーフロー
によるリミット作業時でのポテンシャル図である。
FIGS. 3B and 4B show time points t 1 (φH in FIG. 7).
1 and .phi.V 2 is high, potential diagram at the time of charge transfer from the horizontal transfer register .phi.H 2 is at low level) to the vertical transfer register, 3C and 4C are time t 2 (phi
FIG. 7 is a potential diagram at the time of limit work due to accumulation of the final stage of the horizontal transfer register when H 1 and φV 2 are low level and φH 2 is high level, that is, overflow.

【0043】時点t1 の段階で、図3B及び図4Bに示
すように、水平転送レジスタ24の最終段の1つ手前の
転送部33に大量の電荷eが転送されたとする。次の時
点t 2 の段階で大量の電荷eが最終段の転送部33に転
送されたとき、図3C及び図4Cに示すように、過剰の
電荷はトランスファ部32Tと同じポテンシャルを有す
るリミットゲート部41を越えてオーバーフロードレイ
ン領域42に掃き捨てられ、最終段転送部のストレージ
部32Sには、所定量に制限された電荷が転送される。
各水平転送レジスタ24〔24A,24B,24C〕か
らは、この制限された電荷量が垂直転送レジスタ27へ
転送されることになる。
Time point t13B and 4B at the
As shown in FIG.
It is assumed that a large amount of charge e has been transferred to the transfer unit 33. Next time
Point t 2At this stage, a large amount of charge e is transferred to the transfer unit 33 at the final stage.
When delivered, as shown in FIGS. 3C and 4C, excess
The charge has the same potential as the transfer part 32T
Overflow dray over the limit gate section 41
Storage area in the final stage transfer section
The charge limited to a predetermined amount is transferred to the portion 32S.
Each horizontal transfer register 24 [24A, 24B, 24C]
The limited charge amount to the vertical transfer register 27.
Will be transferred.

【0044】従って、かかるCCD固体撮像素子21に
よれば、例えば1ラインの水平転送レジスタ24で電荷
のオーバーフローが起こっても、このオーバーフローは
垂直転送レジスタ27には影響されない。このため、オ
ーバーフローした水平転送レジスタ24における1ライ
ンの画素信号は破壊(全滅)するも、他のラインの画素
信号は破壊されることがなく、全画素の信号破壊を回避
することができる。
Therefore, according to the CCD solid-state image pickup device 21, even if a charge overflow occurs in the horizontal transfer register 24 for one line, the overflow is not affected by the vertical transfer register 27. For this reason, the pixel signals of one line in the overflowed horizontal transfer register 24 are destroyed (erased), but the pixel signals of other lines are not destroyed, and the signal destruction of all pixels can be avoided.

【0045】また、リミットゲート部41を水平転送レ
ジスタ24のトランスファゲート電極31Tを延長して
形成するときは、リミット領域30を構造的に簡単に実
現できる。
Further, when the limit gate portion 41 is formed by extending the transfer gate electrode 31T of the horizontal transfer register 24, the limit region 30 can be structurally easily realized.

【0046】上例では、リミットゲート部41を、その
ゲート部下のポテンシャル(いわゆるチャネルポテンシ
ャル)が水平転送レジスタ24のトランスファ部32T
下のポテンシャル(いわゆるチャネルポテンシャル)と
同等になるように構成したが、その他、リミットゲート
部41下のポテンシャルをトランスファ部32T下のポ
テンシャルより深く設定するように構成することも可能
であり、よりマージンを取るためには、このような方法
を採るのが現実的である。
In the above example, the limit gate section 41 has a potential below the gate section (so-called channel potential) of the transfer section 32T of the horizontal transfer register 24.
Although it is configured to be equal to the lower potential (so-called channel potential), it is also possible to configure the potential under the limit gate section 41 to be deeper than the potential under the transfer section 32T in addition to the above, so that the margin is further increased. It is realistic to adopt such a method to obtain

【0047】即ち、例えば図2のリミットゲート部41
のチャネル長aを短くすることにより、オーバーフロー
ドレイン領域42やストレージ部32Sのポテンシャル
からの変調によってリミットゲート部41下のポテンシ
ャルはトランスファ部32T下のポテンシャルより深く
設定することができる。
That is, for example, the limit gate unit 41 shown in FIG.
By shortening the channel length a, the potential under the limit gate portion 41 can be set deeper than the potential under the transfer portion 32T by modulation from the potential of the overflow drain region 42 or the storage portion 32S.

【0048】又は、リミットゲート電極43下の転送チ
ャネル領域の不純物濃度プロファイルをトランスファゲ
ート電極31T下の転送チャネル領域と異ならし、即ち
リミッドゲート電極43下の不純物濃度をトランスファ
ゲート電極31T下の不純物濃度より大とすることによ
り、リミットゲート部41下のポテンシャルをトランス
ファ部32T下のポテンシャルより深く設定できる。
Alternatively, the impurity concentration profile of the transfer channel region under the limit gate electrode 43 is made different from that of the transfer channel region under the transfer gate electrode 31T, that is, the impurity concentration under the redimido electrode 43 is lower than the impurity concentration under the transfer gate electrode 31T. By making it large, the potential under the limit gate portion 41 can be set deeper than the potential under the transfer portion 32T.

【0049】上例では、リミットゲート電極43をトラ
ンスファゲート電極31Tを延長して形成したが、その
他、リミットゲート電極43をトランスファゲート電極
31Tとは別体に形成することも可能である。
Although the limit gate electrode 43 is formed by extending the transfer gate electrode 31T in the above example, the limit gate electrode 43 can be formed separately from the transfer gate electrode 31T.

【0050】さらに、上例では、水平転送レジスタ24
の最終段の転送部33にリミット領域30を設けたが、
その他、最終の前段転送部、あるいは複数段の転送部に
わたってリミット領域30を設けることも可能である。
Further, in the above example, the horizontal transfer register 24
Although the limit area 30 is provided in the transfer unit 33 at the final stage of
In addition, it is also possible to provide the limit region 30 over the final pre-stage transfer unit or a plurality of stages of transfer units.

【0051】本発明は、エリアセンサ、リニアセンサに
適用でき、CCD固体撮像素子以外の電荷結合素子にも
適用できる。
The present invention can be applied to area sensors and linear sensors, and can also be applied to charge coupled devices other than CCD solid state image pickup devices.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、第1の転送レジスタの
一部で電荷のオーバーフローが起こっても、第2の転送
レジスタではオーバーフローされず、従って、そのライ
ンの第1の転送レジスタにおける信号が破壊するだけ
で、他のラインの第1の転送レジスタにおける信号破壊
を回避することができる。また、リミット領域の構造の
簡単化、リミット領域における電荷量制限のより確実化
等を図ることができる。
According to the present invention, even if a charge overflow occurs in a part of the first transfer register, it does not overflow in the second transfer register, and therefore, the signal in the first transfer register of the line. Signal destruction in the first transfer registers of the other lines can be avoided. In addition, the structure of the limit region can be simplified, and the charge amount can be more reliably limited in the limit region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るCCD固体撮像素子の一例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a CCD solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】図1の水平転送レジスタから垂直転送レジスタ
への転送部の拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a transfer unit from a horizontal transfer register to a vertical transfer register in FIG.

【図3】図2のH−H線上の断面図及びポテンシャル図
である。
3A and 3B are a cross-sectional view and a potential diagram on line HH in FIG.

【図4】図2のV−V線上の断面図及びポテンシャル図
である。
4 is a cross-sectional view and a potential diagram on the line VV in FIG.

【図5】従来のCCD固体撮像素子の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional CCD solid-state imaging device.

【図6】図5の水平転送レジスタから垂直転送レジスタ
への転送部の拡大図である。
FIG. 6 is an enlarged view of a transfer unit from the horizontal transfer register to the vertical transfer register in FIG.

【図7】CCD固体撮像素子のクロックタイミング図で
ある。
FIG. 7 is a clock timing chart of the CCD solid-state image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21 CCD固体撮像素子 2、22 センサ部 3〔3A,3B,3C〕、23〔23A,23B,23
C〕 センサ列 4〔4A,4B,4C〕、24〔24A,24B,24
C〕 水平転送レジスタ 5〔5A,5B,5C〕、25〔25A,25B,25
C〕 読み出しゲート部 6、26 リニアセンサ 7、27 垂直転送レジスタ 8、28 出力部 30 リミット領域 11S、31S ストレージゲート電極 11T、31T トランスファゲート電極 12S、32S ストレージ部 12T、32T トランスファ部 13、33 転送部 14S、34S ストレージゲート電極 14T、34T トランスファゲート電極 15S、35S ストレージ部 15T、35T トランスファ部 16、36 転送部 37 読み出しゲート電極 18、38 転送チャネル領域 41 リミットゲート部 42 オーバーフロードレイン領域 43 リミットゲート電極
1, 21 CCD solid-state image sensor 2, 22 Sensor section 3 [3A, 3B, 3C], 23 [23A, 23B, 23
C] Sensor array 4 [4A, 4B, 4C], 24 [24A, 24B, 24
C] Horizontal transfer register 5 [5A, 5B, 5C], 25 [25A, 25B, 25
C] Read-out gate section 6,26 Linear sensor 7,27 Vertical transfer register 8,28 Output section 30 Limit area 11S, 31S Storage gate electrode 11T, 31T Transfer gate electrode 12S, 32S Storage section 12T, 32T Transfer section 13, 33 Transfer Section 14S, 34S storage gate electrode 14T, 34T transfer gate electrode 15S, 35S storage section 15T, 35T transfer section 16, 36 transfer section 37 read gate electrode 18, 38 transfer channel area 41 limit gate section 42 overflow drain area 43 limit gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/796 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/796

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方向に複数配列された第1の転送レジ
スタと、 該各第1の転送レジスタの電荷転送方向の端に配された
上記一方向に転送する第2の転送レジスタを有し、 電荷を前記第1の転送レジスタから前記第2の転送レジ
スタへ転送する前に該電荷を所定の電荷量に制限するた
めのリミット領域が設けられて成ることを特徴とする電
荷結合素子。
1. A plurality of first transfer registers arranged in one direction, and a second transfer register arranged at an end of each of the first transfer registers in the charge transfer direction for transferring in the one direction. A charge-coupled device, comprising: a limit region for limiting the charge to a predetermined amount before the charge is transferred from the first transfer register to the second transfer register.
【請求項2】 リミット領域がゲート部とドレイン領域
で構成されることを特徴とする請求項1記載の電荷結合
素子。
2. The charge coupled device according to claim 1, wherein the limit region is composed of a gate portion and a drain region.
【請求項3】 リミット領域のゲート部が第1の転送レ
ジスタのトランスファ電極を延長して構成されることを
特徴とする請求項2記載の電荷結合素子。
3. The charge coupled device according to claim 2, wherein the gate portion of the limit region is formed by extending the transfer electrode of the first transfer register.
【請求項4】 リミット領域のゲート部のポテンシャル
が第1の転送レジスタのトランスファゲート部のポテン
シャルより深く設定されることを特徴とする請求項2又
は請求項3記載の電荷結合素子。
4. The charge coupled device according to claim 2, wherein the potential of the gate portion of the limit region is set deeper than the potential of the transfer gate portion of the first transfer register.
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KR1019940007314A KR100306088B1 (en) 1993-04-09 1994-04-08 CCD solid-state image pickup device and charge-coupled device
US08/226,044 US5455443A (en) 1993-04-09 1994-04-11 CCD imager with overflow drain

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767901A (en) * 1995-06-16 1998-06-16 Nec Corporation Color linear image sensor
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